现代化工分离技术讲座甘尉棠

示：
第 九章 微 波技 术 在化 工 分 离 中的应 用
（ 上接 ２ ０ ０ ４年第 ６期 ）
ｄ Ｔ／ ｄ ｔ一 ２ ｆ ， ｐ ｉ ０ ｒ ｅｅ ／ ｃＰ Ｅ
式 中 Ｔ是 温度 ， 是 时 间 ，。 物 质 的 真 空 介 电 常 ｔ ｅ是 数 （ ． ５ ×１ Ｆ ｃ 。物 质 的 加 热 速度 主 要 由 ８８ ４ ０ ／ ｍ） 物 质 的 ， 和 Ｃ ｜ Ｄ 来 决 定 。 微 波 对 各 种 物 质 有 选
不仅 是 溶 解 过 程 ， 常伴 随 有 氧 化 、 原 等 化 学 反 常 还 应 ， 且大 多 数 涉及 液 、 、 三相 的 多相 反 应 。 而 固 气
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发展了加压浸取技术 （ 即在 密 闭 的反 应 容 器 内 ， 进 行 加 压 高 温 浸 取 ） 微 波 辅 助 浸 取 技 术 。 因 为 微 和 波 加 热 具 有 体 加 热 和选 择 性 加 热 特 点 ， 然 ， 种 显 这 新技术是能 够有效 强化 固液 浸取 的传质 过程 的 。 早在 ２ Ｏ世 纪 ７ Ｏ年 代 就 将 微 波 辐 射 技 术 用 于迅 速 分 解矿 样 ， Ｏ世 纪 ８ ２ Ｏ年 代 使 用 密 闭 容 器 微 波 消 解 矿 样 ， 对 不 同 矿 物 在 微 波 加 热 下 的 升 温 过 程 并 做 了研 究 ， 发现 矿 物 在 微 波 场 中 的 升 温 速 率 取 决 于 矿 物 对 微 波 的 吸收 性 ， 物 的 介 电常 数 、 损 因 矿 耗 子 、 导率 、 度 、 容 、 物 组 成 和结 构 有 着 密 切 电 密 热 矿
浓 度 维 持 恒 定 不 变 （． ｌＬ） Ｃ Ｃ１ ０ ４ｍｏ／ ， ｕ 的浓 度 随
不 同试 样 而 定 ， 了维 持 Ｃ 的 总 浓 度 恒 定 （ ． 为 ｌ １９ ｍｏ／ ） 随 时 调 整 ＨＣ 的浓 度 。微 波 辐 射 前 通 人 ｌＬ ， １ 氧 气 ， 整 个 浸 取 过 程 中 保 持 氧 的 压 力 恒 定 。然 在
金属 有 机 化 合 物 等 污 染 物 。 表 ５列 出 了 ＭＡＥ从
环境 试 样 中 萃 取 污 染 物 的 一 些 应 用 。
４ １ ３ 微 波 辐 射 在 湿 法 冶 金 中 的 应 用 ．． 如 上 所 述 微 波 加 热 是 基 于 微 波 能 在 物 质 内部 逸散 所 产 生 的 热效 应 。物 质 的 加 热 速 度 决 定 于 它
（ 完待续 ） 未
２ ０ｇ矿 石 用 时 １ｈ Ｘ ０ 。 ＲＦ分 析 证 实 浸 渣 中 没 有 发现 Ｃ ｕ的 讯号 ，Ｃ 分 析 证 实 矿 石 已 完 全 分 解 ， ＩＰ
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第 １ 期
甘 尉棠 ． 代化 工分 离技 术讲 座 现
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ＭＡＳ Ｅ ＰＭ ＡＥ
（ 萃 萃 取 速 度 快 ， 等 溶 剂 体 积 ， 以 安 全 性 较 差 ， 高 压 ） 取 前 需 要 更 换 防 爆 中 可 溶 除 使 用 多 个 萃 取 槽 ， Ｆ ＡＥ 的 温 膜 ； 剂 必 须 吸 收 微 波 （ 非 基 体 中 有 水 存 较 Ｍ 在 ） 萃 取 槽 内 微 波 场 不 均 匀 ， 了 避 免 萃 取 ； 为 度 高 ， 等 规 模 投 资 ， 易 操 作 中 容
认 为 高 频 电 磁 波 主 要 被 荷 电离 子 吸 收 （ 选 择 地 有 集 中给 荷 电 离 子供 热 ） 。对 于 水 溶 液 体 系 ， 管 水 尽 是 一 种 良好 的 微 波 吸 收 体 ， 是 当温 度 从 ３ ℃升 但 高到 ９ ５℃时 ， 的 介 电损 耗 因 子 会 由 高 于 ２ 水 ０降 低 到 ５以 下 。而 且 ， 温 度 超 过 它 的 沸 点 时 ， 的 若 水 介 电损 耗 因 子 会 进 一 步 降 低 。高 温 会 使 水 分 子 间 的氢 键 减 弱 ， 度 降 低 ， 分 子 变 的 更 对 称 。水 分 密 水 子对称性增加 ， 味着极性降低 ， 意 因而 介 电损 耗 因
Ｃｕ Ｓ＋ ２ ＝ ４ ＋ ｓ ２ Ｃｕ Ｃｕ ‘ Ｃｕ ＋ Ｈ ４ ０ ２５ 一 Ｃｕ ４ ０ Ｈ － ． ０２ － ．５ ２ Ｏ Ｃｕ ￥４ ２ ２ － Ｈ ４ ０ ５０２ ２Ｃｕ ４ Ｈ ０ ４ Ｓ － ． — － ２ － （） １ （ ２） （ ３）
Ｃ ｕ Ｓ被 Ｃ 分 解 的 反 应 （ ） Ｃｕ 被 Ｏ 氧 化 的 ｕ １与 一
氧 化 浸 取 工 艺 ， 样 为 辉 铜 矿 （ 地 Ｂ ｔｅ 矿 产 ｕ ｔ ，Ｍｏ — ｎ ｔｎ ） 有 ４ ． Ｃｕ ２ ． 和 ｌ ． Ｆ 。经 Ｘ ａ ａ含 ７７ Ａ ０ ，１ ４ １５ ｅ
微 波 场 不 存 在 时 ，硫 化 铜 矿 的 氯 化 物 氧 化 浸 取 速 度 随着 温 度 升 高 而 加 快 ， 到 ９ 达 Ｏ Ｃ时 浸 取 速 度 最 快 ， 是 有 微 波 一 热 效 应 时 ，． Ｗ 的 微 波 但 水 ０ ８ｋ 功 率 下 浸 取 温度 能 达 到 １ ５℃ 。 ３
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２０ ０ ５年 １月
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ＳＰＥＣＩ ＬＩ Ｙ Ａ Ｔ ＰＥＴＲＯＣＨ ＥＭ Ｉ ＣＡＬＳ
第 １期
现 代 化 工 分 离 技 术 讲 座
甘 尉 棠
（ 开 大学 化学 系 ， 津 ３０ ７ ） 南 天 ０ ０ １
引起 的 能 量 损 失 ， 物 质 的 加 热 速 度 可 由下 式 表 则
时通过反应 （） ２ 由氧 对 Ｃ 一的 氧 化 释 放 出 的 Ｃ ｕ ｕ 进行补充 。
脉 石 。微 波 辅 助 溶 剂 萃 取 技 术 用 于 湿 法 冶 金 ， 对
综合利用 、 回收 矿 物 中 有 价 金 属 和 环 境 保 护 具 有 重 要 的实 用 价 值 。 下面 介 绍 一 种微 波 水 热 条 件 下 对 硫 化 铜 矿 的
关 系 。而 且 证 明 了微 波 仅 加 热 有用 矿 物 而 不 加 热
ＸＲＤ分 析 证 实硫 以单 质 硫 形 态 存 在 浸 渣 中 ， 有 没 发现 其 他 形 态 的硫 化 铜 化 合物 。 硫 化 铜 矿 的氯 化 物 氧 化浸 取 过 程 可 以用 下 面 的反应式表示 ：
后 在 搅 拌 下 （ ０ ／ ｎ 用 功 率 ４ｋ 的 微 波 辐 ３ ０ｒｍｉ） Ｗ
射 矿 浆 。在 温 度 为 １ ５ ℃ ， 压 为 ３ ０ １ ｋ ａ ３ 氧 １ ． Ｐ ， Ｃ Ｃ１ 浓 度 为 ０ ２ ｌＬ， Ｃ 浓 度 为 ０ ４ｍｏ／ ｕ ２ ． ５ｍｏ／ Ｎａ １ ． ｌ
４ １ ２ 环 境 试 样 的 微 波 辅 助 溶 剂萃 取 ．．
近 年 来 ， 道 了 用 微 波 辅 助 溶 剂 萃 取 技 术 从 报 环境试样 （ 壤 、 积 物 、 菜 、 物组 织 和水 等 ） 土 沉 蔬 动 中萃 取 多 环 芳 烃 、 氯 联 苯 、 药 、 类 、 曙英 和 多 农 酚 二
冶 金 ， 用 氧 化 浸 取 工 艺 。副 产 品 不 是 二 氧 化 硫 ， 使
而 是 单 质 硫 或 硫 酸盐 。
的介 电 损 耗 因子 ， 体 密 度 ｜和 热 容 Ｃ 微 波 频 本 Ｄ ，
率 ，和 微 波 电 场 强 度 Ｅ。 如果 不 考 虑 由 于热 辐 射
表 ５ ＭＡ Ｅ从 环境试 样 中萃 取污 染物 的一 些应 用
Ｌ， ＨＣ１ 度 为 １ ０ ｍｏ／ 的 浸 取 条 件 下 ， 理 浓 ． ｌＬ 处
对 于 固体 试 样 的 萃 取 （ 液 浸 取 ）最 传 统 的 固 ， 方法 是 超 声 和 索 氏 萃 取 法 。近 年 来 又 出 现 了超 临 界 流 体 萃取 （ Ｆ 和 加 速 溶 剂 萃 取 （ Ｅ） 新 技 Ｓ Ｅ） ＡＳ 等 术 。表 ６比较 了微 波 辅 助 溶 剂 萃 取 法 （ ＭＡＥ） 与 传 统 萃 取 法 及 近 代 萃 取 法 的优 缺 点 。
槽 内压力 上升 ， 质相 似 试样 需 同时 萃 取 ； 性 由 于 高 压 危 险 ， 取 槽 必 须 先 冷 却 一 段 时 间 萃
后 才 能 打 开 、 微 波 泄 漏 ； 要 过 滤 操 作 心 需
ＦＭ ＡＥ
除 萃 取速 度 快 ； 压 反 应 安 全 性 高 ； 溶 剂 必 须 吸 收 微 波 （ 非 基 体 中 有 水 存 在 ） 常
溶 液 的吸 收 而减 弱 。微 波 对 物 质 加 热 有 很 强 的选
Ｊ ２ 璺ｌ １ 微 渡 水 热 反 应 器
择性 ， 有价 金 属 硫 化 物 或 有 价 金 属 氧 化 物 将 被 优
反 应 器 中 加 人 ４ ０ ０ ｍＬ浸 取 剂 溶 液 ， Ｃ１ ０ Ｎａ
先 加 热 ， 矿 物 中 的 脉 石 成 分 （ Ｍｇ 和 ＳＯ， 而 如 Ｏ ｉ ） 较 难 直 接 加 热 ， 微 波 能 直 接 集 中 到反 应 物 上 ， 使 这 不 仅 有 利 于 有 价 金 属 的 氧 化 （ 氯 化 ） 应 ， 且 或 反 而 还有 利 于 降 低 浸 取 过 程 的 能耗 。 ４ ２ ＭＡ Ｅ与 其 他 萃 取 技 术 的 比较 ． Ｓ
反 应 （ ） 进 行 的 很 快 ， 且 当溶 液 中的 氯 化 物 存 ２都 而
在 较 大 量 时 ， 应 （ ） 较 反 应 （ ） 快 些 。 开 始 反 １要 ２更 浸 取 阶段 ， 化 剂 离 子 Ｃ 直 接 参 与 了 硫 化 铜 矿 氧 ｕ 的分 解 ， 着 分 解 反 应 的 进 行 ， ｕ一逐 渐 消 耗 ， 随 Ｃ。 此
择 性 的 加 热 ， 要依 据 物 质 间 的损 耗 因子 ， 体 密 主 本
度 和 热 为例 ， 去 ， 化 物 矿 常 采 用 过 硫 火 法 冶 炼 。硫 化 物 精 矿 在 空 气 或 添 加 氯 化 剂 中 高